断层影响带地应力特征及稳定性验证

为研究分析福建某隧道两断层影响带的地应力场特征,在其隧道中部断层影响带附近两钻孔中采用水压致裂法进行了地应力测试.测试结果表明:断层影响带测试区地应力符合一般地应力分布规律,水平主应力随深度增加有增大趋势,局部裂隙导致部分测点应力值偏高或偏低;两测孔最大水平主应力方向一致,均为NNW向.该测试结果与区域构造应力场基本吻合,也接近于同区域围岩完整区地应力测试成果.文章根据该测试成果分析了该测试区的地应力特征,并采用滑动准则下限验证了两测孔所在的断层的稳定性.     

尼泊尔那苏瓦卡里水电站地应力测量及围岩破坏机理分析

尼泊尔那苏瓦卡里水电站隧洞工程大部分埋深较大,在高地应力状态下很可能会面临软岩变形和硬岩岩爆等复杂地质灾害。文章采用水压致裂法对尼泊尔那苏瓦卡里水电站进行了三维地应力测量,测点处的最大主应力为10.47 MPa,方位角为18°和15°,近水平;中间主应力为9.01 MPa,方位角和倾角分别为158°和71°,倾角较大;最小主应力为6.34 MPa,方位角和倾角分别为285°和12°。工程区现今地壳应力场表现为构造应力起主导作用的基本特征,工程区地应力状态为中等应力水平。根据测量结果对隧洞围岩破坏机理进行了研究,结果表明,隧洞围岩破坏形式为劈裂剥落,隧洞轴线与主应力方向大角度相交以及中等偏高的应力水平是导致围岩发生破坏的主要原因。     

巴基斯坦某隧洞地应力状态及围岩大变形研究

如何利用有限的地应力资料对整个工程区地应力状态进行评估及预测一直是工程设计中的难点之一。文章利用水压致裂法对巴基斯坦某水电站的3个钻孔进行了地应力测量,通过测量获得了工程区地壳浅部现今地应力特征,并利用侧压系数变化规律对深部地应力值进行了预测。测试结果表明:在123~346 m测量深度范围内,地应力值一般随着深度的增大而升高,最大水平主应力量值为4.28~13.86 MPa,最小水平主应力量值为3.02~8.19MPa;在隧道埋深最大处,水平主应力则达到了40 MPa,表明工程区应力场以水平应力为主。利用强度应力比法和Hoek-Brown岩体强度估算方法对工程区应力状态进行了评价,研究表明工程区处于高地应力状态。测试结果说明最大水平主应力优势方向为NEE向,该方向与前人研究成果较为一致,工程区现今构造应力场与印度板块和欧亚板块相互碰撞有着密切关系。根据实测地应力测量结果及地应力预测结果,对水电站输水隧洞围岩大变形进行了探讨,结果表明:当埋深超过300 m时,围岩将发生大变形;当埋深超过800 m时,围岩将发生严重的挤压变形。     

基于改进Sheorey模型的地应力估算方法及应用

地应力是地下工程的基本荷载之一,垂直应力一般可采用上覆岩层压力计算,而水平应力却很难确定。Sheorey建立的静弹性热力学模型在国际上认可度非常高,但该模型未涉及构造作用影响的区域性差异,且没有解决最大、最小水平主应力的各自分布特征问题。文章通过引入区域构造应力修正系数,并结合弹性力学理论,对Sheorey模型进行改进,提出了弹性岩层中水平地应力估算方法。为进一步考察该方法的有效性与实用性,以福建梅花山隧道为依托,进行了原岩应力及岩体模量现场测试工作,并将实测地应力值与计算值进行对比。研究结果表明:理论计算值和实测值存在一定的误差,这主要是由局部地质构造及岩体非均匀性引起的,但在误差允许范围内,仍可满足工程精度要求。     

高地应力地区隧道围岩分级研究

隧道围岩分级是隧道施工的重要指导依据,尤其在高地应力地区其对施工的影响是不可忽略的。文章首先介绍了地应力侧压力系数、最大水平主应力方向与洞轴线的夹角α对隧道围岩分级的影响情况,然后通过增加最大主应力方向与洞轴线夹角指标对地应力进行了修正,并且在公路隧道设计规范的基础上,对Ⅲ,Ⅳ和Ⅴ级围岩增加了亚级分级,更准确地对隧道围岩分级进行了定级。在此基础上,以谷竹高速公路大坪山隧道为工程实例,利用考虑增加地应力大小及方向的方法对其围岩分级进行了修正,得到了与实际开挖较相符的结果。     

毛羽山隧道高地应力软岩大变形施工控制技术

兰渝铁路毛羽山隧道出口段穿越薄层状碳质板岩地层,区域原岩应力较大且以水平构造应力为主,隧道开挖过程中出现严重的大变形情况。通过分析,认为高地应力、最大水平主应力与隧道轴线呈大角度相交是大变形的主要因素。隧道施工过程中,通过采取提高支护体系刚度、合理预留变形量,以及采用长锚杆、多重支护和超短台阶法等常规措施控制了围岩变形;基于对围岩动态演化机制的认识,提出了高地应力隧道超前导洞法应力控制释放技术,开展了大型工程试验。阶段性试验成果表明,采用超前导洞有效地降低了正洞施工时的变形速率,对上中台阶影响尤为显著。通过对应力控制释放技术研究的进一步深化,有望探索出安全、高效的高地应力软岩施工新技术。     

倾斜软硬互层隧道破坏过程的围岩应力研究

文章结合重庆南涪高速公路鸭江隧道工程,进行了倾斜软硬互层隧道破坏过程的模型试验。试验结果表明,隧道的破坏从左侧边墙周围的软弱岩层开始。根据破坏特征可以将隧道破坏过程分为五个阶段,且隧道围岩的破坏会导致围岩应力的卸荷效应。采用有限元软件建立数值模型分析隧道破坏过程,数值计算结果表明:围岩的最大主应力极值始终位于隧道左侧拱腰处,与隧道最先破坏的位置不一致。从拱顶路径的应力分布分析,围岩的第三主应力为最大主应力。由于软硬岩层的岩性不同,围岩应力沿应力路径表现出震荡式变化。在隧道破坏的第一阶段,压力拱范围约为隧道开挖跨度的1.35倍。研究结果对类似隧道工程具有重要的参考价值。     

复杂地质条件深埋特长隧道地应力场智能反演研究

为提高复杂地质条件深埋特长隧道地应力反演的精度和效率，构建了一种基于构造分析+RBF（径向基函数）神经网络的复杂地质条件深埋特长隧道地应力智能反演方法，该方法的主要流程包括：首先通过区域地质条件及构造分析，建立隧址区三维地质模型，通过海姆假说和金尼克假说共同确定构造应力边界条件的范围，作为智能反演的训练样本，利用RBF神经网络方法计算寻优，获得最优应力边界条件，再以此最优应力边界条件进行地应力反演计算。选择西南地区某深埋特长隧道作为研究对象，将建立的地应力场智能反演方法应用于实际工程，并将反演计算获得的地应力值与实测地应力值进行拟合对比，其中最大主应力反演值拟合误差总体在10%左右，拟合精度近90%，说明该方法可行且反演计算结果较合理。     

深埋长大隧道层状围岩岩爆特征研究

文章以二郎山深埋长大隧道为工程依托,利用3DEC软件建立层状围岩不同倾角、倾向与层厚的数值模型,计算隧道洞壁各位置的主应力,以此判断隧道施工过程中岩爆发生的位置。结果表明:围岩倾角为0°或层状岩倾向与隧道掘进方向相同时,拱顶位置主应力最大;围岩倾角90°时,两侧边墙易发生岩爆;层状岩倾向与隧道掘进方向相反时,掌子面上半部分主应力最大,为岩爆易发位置;层厚不影响隧道洞周主应力最大值的位置。     

超大断面隧道大倾角层状围岩力学特性研究

文章以重庆轨道交通环线莲花村车站隧道工程为依托,采用有限元数值模拟对超大断面隧道开挖时大倾角层状围岩的力学特性进行研究。通过建立大倾角岩层数值模型,对隧道进行不同工况的分步开挖计算,分析得到大倾角层状围岩的塑性区、应力和位移变化规律。结果表明:大倾角层状岩体塑性区位于层面内,层面塑性变形最大;围岩最大拉应力发生在上部中导洞围岩开挖支护过程中,上部左导洞以及中导洞外壁围岩产生最大拉应力;最大压应力发生在上部中导洞开挖支护过程中,大倾角岩层上部右导洞以及中部右导洞在各工况中产生最大压应力;隧道中、下部右导洞水平位移在二衬施加后达到最大,围岩最大下沉量位于上部左导洞处。     

基于原岩应力的关角隧道变形潜势研究

针对新关角隧道二郎洞断层束地段在高地应力条件下的围岩变形问题,基于原岩地应力测试的地应力场拓展结果及其它主要影响因素,文章提出了围岩变形潜势的概念及其等级划分的标准,通过样本统计并采用神经网络算法获得了关角隧道的变形潜势分布图。结果表明,关角隧道岭脊段、高和极高地应力段、宽大断层以及断层束地段具有Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级大变形潜势,仅有部分地段属于常规变形潜势,凸显出关角隧道在复杂的软弱地层条件和极高地应力状态共同条件下具有显著的大变形潜势。通过较准确地判定关角隧道各段的变形潜势,经修正、优化设计和施工措施后,大部分监测结果被控制在常规变形范围内,其余均被控制在Ⅰ级大变形范围内,效果较好。该研究成果为解决类似条件下的围岩大变形问题提供了一种准确、实用的预测与控制方法。     

基于应力判据的鸿图嶂隧道岩爆发生规律研究

本文以大丰华高速公路鸿图嶂隧道工程为依托,选取典型计算断面,采用数值模拟手段分析洞周围岩二次应力分布情况,分析岩爆产生的范围及烈度,最终完成对鸿图嶂隧道的总体岩爆预测.分析计算结果得到结论:(1)洞壁最大主应力随应力释放率增大而增大,直至应力释放系数为1.0时达到最大;(2)压力系数λ>1时,σ1的最大值位于拱顶,当λ≤1时,σ1的最大值位于边墙;(3)王兰生判据最为符合鸿图嶂隧道的实际岩爆情况,将其作为综合预测判据;(4)得到了鸿图嶂隧道全线岩爆综合预测结果.     

复杂地应力红层泥岩隧道持续底鼓原因分析北大核心CSCD

为揭示复杂地应力红层泥岩隧道持续底鼓特征及底鼓原因,以某隧道为研究对象,通过长期变形监测、地下水位监测、隧底围岩位移监测等方法对底鼓变形特征进行了统计分析,并结合钻孔取芯岩样分析、地应力测试、围岩膨胀力测试、岩石蠕变试验、数值模拟分析等手段对可能导致隧道底鼓的因素逐一进行了分析。结果表明:受控于近水平层状泥岩以及复杂地应力,隧道部分段落呈现出底鼓时间“不收敛”、底鼓段落“不连续”、底鼓程度“不均衡”的三大特征;隧道岩层产状近水平,岩性为粉砂质泥岩,属于软质岩,未达到膨胀岩判定标准,具有中—低蠕变特性,隧址区地应力场以水平构造应力为主,水平应力在9.5~13.73 MPa之间;隧道开挖后,局部应力集中导致围岩发生蠕变,当蠕变产生的形变压力过大时,仰拱局部进入塑性状态,隧道即产生底鼓。     

空心包体应力解除法与声发射法在岩爆危害隧道地应力测定中的对比应用

在具有岩爆危害的深埋特长隧道施工中,地应力的准确测量及研究对隧道围岩稳定性及岩爆分析起着重要作用。文章详细介绍了空心包体应力计地应力测量技术的原理、计算方法和实施过程,尤其对现场实际测量过程中普遍存在的问题进行了详细说明,并对钻孔和安装设备进行了改良,有效提高了测量效率和避免了设备损失。通过空心包体应力解除法和声发射法两种方式对米仓山隧道围岩地应力进行测试对比,结果表明,两种测试结果大小和方向接近,其结果准确可信,可为隧道围岩稳定性和岩爆分析提供重要的数据。     

基于隧道开挖扰动修正的初始地应力反演方法及应用研究

以某板块缝合带区域沿线隧道开挖扰动后地应力实测结果为基础，提出一种基于数值模拟的考虑隧道施工扰动的初始地应力反演方法，并在某铁路沿线5座典型隧道进行了应用。结果表明，该铁路典型隧道地应力修正系数k和λ的取值范围分别为1.236～1.404和0.846～1.069，实测地应力值总体偏小；水平主应力对隧道施工影响较大，初始地应力的反演对于类似工程的建设是必要的；基于该反演方法，考虑开挖扰动后的地应力计算值与实测值的误差不大于5%。     

某工程区水压致裂法地应力测试及其分布特征研究

为探明工程施工设计需要的地应力场分布情况,在工程区的A区和B区各开展了2个钻孔的水压致裂法地应力测试工作。试验结果表明:(1)测区地应力场状态以NW—NWW向挤压为主,其中A区和B区的最大水平主应力方向分别在N49°—57°W、N72°W附近,表明两个区域的应力场具有统一性,但是由于地形地貌和构造作用的部分差异,造成两者的应力方向具有一定的差异性。(2)工程A区和B区的应力分布规律均满足SHShSv,应力以水平构造应力为主。(3)应力场方向与周边区域接近,B区的应力集中现象与地形地貌具有较大关系,随着测试深度加深,B区和A区的应力差别逐渐减弱,且工程区的室内岩石试验结果进一步验证了应力场的分布规律。     

水压致裂地应力测试法在茅坪隧道中的应用与研究

高地应力以及由此诱发的地质灾害(如岩爆等)是目前隧道施工中经常遇到的工程地质问题,地应力测试则是进行隧道岩爆及其他灾害预测预报的重要内容.本文通过对福建省闽北地区公路隧道-茅坪隧道钻孔XS10的水压致裂地应力测试成果的分析研究,对测试区域的地应力水平及隧道围岩稳定性做出了评价,从而为该地区隧道的地应力参数及岩爆分析评价...     

裂隙围岩的双场耦合可靠性分析

应力场和渗流场在裂隙围岩中的耦合变化规律,是非常复杂的力学过程。运用断裂损伤力学和可靠性评价原理,可推导出裂隙围岩可靠度表达式,说明可靠度与应力分布、渗流力作用、节理分布和岩体性质的相互关系。文章利用推导的裂隙围岩可靠度表达式,在雪峰山隧道YK97 847处进行计算验证,结果表明,在裂隙围岩中,可靠度低的部位不一定在主应力方位,也不一定在隧道顶端,而是因地应力分布、渗透水压、节理分布和岩体性质等综合作用,使局部围岩可靠度相对较低,该处围岩最容易变形坍塌。此研究结果可为隧道支护施工提供参考。     

下穿引水隧洞对铁路隧道地震效应的影响研究

结合云南省盐津县白水江三级电站下穿内昆铁路手扒岩隧道的实际工程,采用LS-DYNA显式动力分析程序对既有铁路隧道地震效应受下穿引水隧洞的影响进行了研究。研究结果表明:在单个方向地震波作用时,震动速度、加速度响应的最大方向与加载方向一致;在3个方向地震波同时作用下,既有隧道最大响应发生在边墙处;新建下穿隧道建成后,相当于减震洞的形成,既有隧道结构上震动速度、加速度及主应力均有不同程度的减小,使既有隧道交叉段的地震响应得到改善。     

关角隧道断层地应力特征与应用

基于关角隧道实测地应力数据,文章采用有限元多元回归法和有限元改进型BP神经网络法拓展得到三维区域宏观地应力场,分析了地应力的三维分布规律。结果表明,关角隧道所穿越多处断层位置处地应力值偏高,侧压力系数偏大。考虑到其可能对隧道设计和施工产生影响,进一步分析了隧道穿越断层过程中的地应力分布规律。结果表明,地应力沿隧道穿过断层的里程呈现两头小、中间大规律,应力分布明显受断层构造的影响而存在一定的偏压现象。研究成果是后续一系列科研、设计和施工的重要基础,通过优化设计和施工措施,关角隧道大变形地段均得到有效控制。